Instituto Superior Técnico Licenciatura em Ciências Informáticas Licenciatura em Engenharia Física Tecnológica Licenciatura em Engenharia Electrotécnica e de Computadores Sistemas Digitais Exame de ª Época de Fevereiro de Antes de começar o exame leia atentamente esta folha de rosto. A mesa de exame apenas deve ter a identificação do aluno (cartão de estudante e bilhete de identidade ou outro documento oficial com fotografia). Identifique todas as folhas do enunciado. A não identificação de uma folha de exame acarreta a sua destruição automática.. Responda apenas na folha de exame. Utilize as costas das folhas para rascunho. 4. Para cada questão do exame é fornecido um espaço, devidamente enquadrado, dentro do qual deverá responder. O tamanho do enquadramento está ajustado ao tamanho expectável da resposta. Respostas que se prolongam para além do enquadramento de cada pergunta apenas significam que o aluno está a responder desadequadamente, pelo que serão devidamente penalizadas. 5. As cotações das perguntas encontram-se indicadas à esquerda, a cheio entre parêntesis. 6. Duração do exame: horas e meia. 7. A não entrega do exame tem o mesmo significado que a não comparência ao exame.
Grupo I Circuitos Combinatórios Básicos. Considere uma função F de cinco variáveis (A, B, C, D, E), em que A é o bit mais significativo, definida da seguinte forma: f(a,b,c,d,e)=σ m(,, 5, 6,,, 5, 7, ) + Σ md(4,,,, 6, 7, 8,, 6, 8, ) a) [ val] Usando um quadro de Karnaugh, obtenha uma expressão mínima da função f na forma disjuntiva mínima (soma de produtos mínima). b) [ val] O implicante C D E é essencial? Justifique. Indique, justificando, um implicante primo essencial e um implicante primo não essencial.
c) [,5 val] Sem efectuar quaisquer cálculos, indique o valor lógico assumido pela função obtida em a) para a combinação A=, B=, C=, D= e E=. Justifique. d) [ val] Apresente uma realização da função obtida em a) baseada apenas em NANDs (não é necessário desenhar o logigrama). e) [ val] Simplifique, algebricamente, a seguinte função: f ( A, B, C, D) = C D + A + A C D + ABC
Grupo II Circuitos Combinatórios Integrados, Memórias. [ val] Implemente uma porta XOR de entradas utilizando um MUX 4: e uma porta NOT.. [ val] Qual o tempo máximo de propagação do circuito realizado em a), considerando os parâmetros indicados na tabela abaixo? Justifique. MUX NO T tphl 4ns ns Selecção tplh ns 8ns tphl tplh Dados 5ns ns 4
. [ val] Pretende-se implementar um circuito que realize a soma aritmética de números binários, A e B, de 8 bits cada (representando inteiros no intervalo [,55]). Utilize os circuitos somadores de 4 bits com carry abaixo indicados. Complete o diagrama lógico e justifique. Σ }P } Q Σ }P } Q CI CO CI CO 4. [,5 val] Pretende-se implementar uma Unidade de Memória RAM de palavras de 4 bits com recurso a memórias RAM de 6 palavras de 4bits. Considere que se pretende armazenar as palavras com endereços pares e ímpares em memórias separadas. Determine, justificando, o diagrama lógico com a funcionalidade pretendida. RAM 6x4 RAM 6x4 A 5 A 5 G G EN [READ] EN [READ] C [WRITE] C [WRITE], D A,D,A, D A,D,A 5
Grupo III Contadores e Registos. [ val] Considere o circuito representado na figura abaixo, no qual é utilizado um contador. Considere como estado inicial Q=Q=Q=Q=. Qual o ciclo de contagem efectuado por este circuito? Justifique. CTR DIV 6 M M CLK >C/+ Vcc D,D [] Gnd D D D [] [4] [8] Q Q Q Q. [ val] Relativamente ao mesmo circuito, será que este apresenta estados de lockout? Justifique a sua resposta, de forma sucinta mas rigorosa. Sim Não 6
. a) [ val] Construa, a partir do circuito integrado indicado abaixo e usando um mínimo de lógica adicional, um contador tipo Johnson com ciclo de contagem [,4,6,7,,,, ]. Justifique a sua resposta e complete o logigrama respectivo. CLK >C/ SRG D Q Q Q b) [ val] O que acontece ao circuito se for parar ao estado? Modifique o contador de modo a que não apresente estados de lockout. Justifique a sua resposta e complete o logigrama respectivo, utilizando o mínimo de lógica adicional. CLK >C/ SRG D Q Q Q 7
Grupo IV Circuitos Sequenciais Síncronos. Considere o circuito sequencial, com uma entrada E e saídas S, S e S, definido pelo diagrama de estados seguinte. Projecte (de acordo com as alíneas abaixo) o circuito correspondente utilizando Flip-Flops D edge-triggered positivos e utilizando obrigatoriamente a codificação de estados abaixo indicada: Codificação de Estados Q Q A/ B/ A B C D C/ D/ Entrada: <E> Saídas: < S S S > a) [,5 val] Trata-se de uma máquina de Moore ou de Mealy? Justifique. b) [,5 val] Preencha a tabela de transição de estados do circuito (incluindo o valor das saídas em cada estado). 8
c) [ val] Determine as equações de excitação dos FFs e as funções das saídas, de acordo com a codificação de estados indicada. 9
d) [ val] Desenhe o logigrama correspondente ao circuito definido em c).
. Considere o circuito sequencial ao lado. FF FF E J Q J Q CLK C C K K SAIDA Parâmetros NOR OR NO T FF tsu ns th ns tphl 7ns 6ns 9ns de CLK para Q, Q ns tplh ns 5ns 7ns de CLK para Q, Q 8ns a) [ val] Considere inicialmente Q = Q = (mantêm este valor constante desde - ), e tenha em conta os parâmetros temporais definidos na tabela acima. Complete o diagrama temporal abaixo (não inclua transições posteriores a 5ns). b) [ val] O circuito funciona correctamente com o relógio de frequência de 5MHz utilizado em a)? Justifique.